DE1539799B1 - Mehrpolige Magnetlinse mit Permanentmagneten und mit einer geraden Anzahl 2 N von Polschuhen - Google Patents
Mehrpolige Magnetlinse mit Permanentmagneten und mit einer geraden Anzahl 2 N von PolschuhenInfo
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- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
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- H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
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- H01J29/64—Magnetic lenses
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrpolige zylindrische Magnetlinse mit einer geraden Anzahl 2 N
von sich in radialer Richtung erstreckenden Polschuhen, die wechselweise Nord-1 oder Südpole sind,
mit gleichem Winkelabstand innerhalb eines Winkels von 2 7cß N um die Zylinderachse angeordnet sind und
von denen jeder im senkrechten Schnitt zur Achse und in der Nähe der Achse ein hyperbolisches Profil hat
und mit nicht magnetischen Polflanschen senkrecht zur Zylinderachse, die dazu bestimmt sind, die Pol- ίο
schuhe in ihrer Stellung zti halten, Permanentmagneten in orthoradialer Richtung, die zwischen den äußeren
Enden von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Polschuhen
angebracht sind und deren Pole so orientiert sind, daß sie die Polschuhe wechselweise zu einem
Nord- oder Südpol mächen.
Es sind bereits mehrpolige Magnete bekannt, die aus einer Anzahl gerader zylindrischer Pole, und zwar
wechselweise aus Nord--und·Südpolen, bestehen und
ergeben ein Feld von großer Stabilität. Der Raumbedarf wird beträchtlich reduziert, wodurch es möglich
wird, die Linsen ebenso zu verkleinern wie auch die Anordnung, die zur Fokussierung der atomaren Strahlenbündel
dient. Es ist bereits bekannt, die Brechkraft von durch Dauermagneten erregten Linsen dadurch zu
ändern, daß ein veränderbarer magnetischer Nebenschluß vorgesehen ist; vgl. die deutsche Auslegeschrift
1 060 511.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine mehrpolige Magnetlinse der eingangs bezeichneten Art mit veränderbarer
Konvergenz zu schaffen, bei der die Form und die Symmetrie der Feldverteilung im wirksamen
Bereich nicht verändert wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß die Polschuhe und die Permanentmagneten von einem zylindrischen Stabkäfig umgeben sind, der
aus Stäben aus magnetisierbarer)! Material aufgebaut ist, die mit den Permanentmagneten einen magnetischen
in gleicher Entfernung von einer gemeinsamen Achse 20 Nebenschluß bezüglich der Polschuhe ergeben und daß
eine Rotationssymmetrie bestimmter Ordnung auf- der Stabkäfig relativ zu den Polschuhen und den
weisen.
Es ist
Es ist
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Permanentmagneten drehbar und in einer bestimmten weiterhin bekannt, daß die Variation als Stellung fixierbar ist.
Funktion des Achsenabstandes des radialen Feld- Hieraus ergibt sich, daß die absolute Feldstärke in
Funktion des Achsenabstandes des radialen Feld- Hieraus ergibt sich, daß die absolute Feldstärke in
gradienten, der durch derartige mehrpolige Magnet- 25 dem Linsenspalt und infolgedessen die Konvergenz
desselben in einfacher Weise von der Winkelstellung des Käfigs abhängt, ohne daß die Form und die Symmetrie
der Feldverteilung in der wirksamen Zone beeinträchtigt wird.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
Im einzelnen zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine mehrpolige Magnetlinse mit sechs Polen und
F i g. 2 einen axialen Querschnitt dieser Linse. In den F i g. 1 und 2 bezeichnen die Ziffern 1 bis 6
die zylindrischen Polschuhe aus einem Material von hoher magnetischer Permeabilität, wie z. B. Weicheisen.
Die Polschuhe sind gegeneinander um einen
Die mehrpoligen Magnetlinsen sind entweder mittels 40 Winkel von 2 π/6 versetzt. Damit das Magnetfeld proElektromagneten
oder Permanentmagneten erregt. portional zum Quadrat der radialen Entfernung ver-
Die mehrpoligen elektromagnetischen Linsen haben eine durch die Änderung der Stärke des in den Spulen
des Elektromagneten fließenden Stroms regulierbare Konvergenz. Leider ist diese Linsenart wegen ihres
großen Raumbedarfs für eine vorgegebene Konvergenz für gewisse Anwendungszwecke (z. B. Fokussierung
von atomaren Strahlen) wenig geeignet. Dieser Umstand macht entweder die Konstruktion von sehr umso
linsen entsteht, von der Ordnung der Rotationssymmetrie abhängt. Für Vierpollinsen ist der Gradient
konstant, während er für Sechspollinsen proportional zum Polradius ist, d. h., daß das magnetische Querfeld
entsprechend proportional ist zum Radius und zum Quadrat des Radius. Die Leistungskoeffizienten des
Radius der übergeordneten Ordnung sind um so schwächer, je mehr das Profil der Pole sich einer theoretischen
Kurve nähert, die im Falle einer Vierpollinse ein Ast einer gleichseitigen Hyperbel und im allgemeinen
ein Ast einer Kurve von hyperbolischem Verlauf ist, deren Asymptoten untereinander einen
Winkel bilden, der gleich ist dem Quotienten von 2 π dividiert durch die Ordnung der Rotationssymmetrie.
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fangreichen Behältern für die Linse erforderlich, was schwierige technologische Probleme aufwirft, wie
z. B. Isolierungen von Leitungen, die im Vakuum nicht entgast werden können, Abkühlung der Spulen
im Vakuum, das Evakuieren des einzigen wirksamen Bereichs des Luftspalts, der im wesentlichen ein
gerader Kreiszylinder ist, dessen Durchmesser gleich ist dem des Linsenhalses. Man ist dann gezwungen,
eine Röhre zu benutzen, deren Radius groß genug ist, damit die Pumpengeschwindigkeit ausreichend bleibt.
Diese Lösung, die die Größe des Vakuumbehälters verringert im Vergleich mit der erstgenannten Lösung,
vergrößert den Platzbedarf und das Gewicht des Elektromagneten ebenso wie die zu liefernde elektrische
Leistung. Andererseits ist ein stoßartiges Stabilisieren der Stromversorgung erforderlich, was ein
anderes schwieriges Problem wegen der großen Stromstärken auf wirft.
Die mehrpoligen Linsen mit Permanentmagneten ändert werden kann, muß das Profil eines Poles theoretisch gemäß der Gleichung
Die mehrpoligen Linsen mit Permanentmagneten ändert werden kann, muß das Profil eines Poles theoretisch gemäß der Gleichung
(I) r3 cos 3 Θ I = r\
verlaufen, wobei r der Polradius ist, Θ der Polwinkel
und r0 eine Konstante, die gleich ist dem Radius der
Halseinschnürung der Linse. Das magnetische Potential eines jeden Sechstels wird ausgedrückt durch die
Gleichung
(II) F/F0 = (/-/r0)3cos3<9,
wobei V0 das magnetische Potential des entsprechenden
Pols ist.
Wenn man in den Ausdruck Vf V0 bei einer bestimmten
Zahl von Gliedern (die praktisch bedeutungslos sind) (2« + 1) 3 Θ — wobei η eine ganze Zahl ist —
einsetzt, kann man der Form der Pole die in F i g. 1 dargestellte Form geben, bei der das Ende jedes Poles
bei 7 kreisförmig ist, dann einen keilförmigen Teil 8
bildet, um bei 9 in einen quaderförmigen Teil überzugehen und schließlich in einen neuen keilförmigen
Teil 10. Der hintere (äußere) Teil des Ansatzes eines jeden Pols ist durch einen Kreiszylinder 11 begrenzt.
Die Verbreiterung des keilförmigen Teil 10 ist erforderlich,
damit die Seiten 12 des Ansatzes zweier aufeinanderfolgender Pole parallel verlaufen. Jedoch ist
diese Form nicht zwingend, obschon sie interessant ist,
da sie die Verwendung von Permanenmagneten einfacher Form gestattet. Zwischen den Seiten 12 sind
quaderförmige Permanentmagnete 21 bis 26 angeordnet. Sie werden so magnetisiert, daß, wenn man sie
längs der Peripherie eines mit der Linsenachse konzentrischen Kreises verschiebt, sich zwei Nordpole
ergeben und danach zwei Südpole und so foit.
Die zylindrischen Pole sind an zwei Polflanschen 13 und 14 befestigt, welch letztere in ihrer Mitte durchbohrt
und an einem Flansch 15 zweier Hohlzylinderstücke 16 und 17 befestigt sind. Diese zylindrischen
Stücke 16 und 17 sind an den Ständern 18 und 19 des Gehäuses 20 befestigt. Sie dienen als Träger für die
Kugellager 27 und 28, auf welchen die Flansche 29 und 30 eines die magnetischen Nebenschlüsse tragenden
zylindrischen Stabkäfigs angebracht sind. Die die magnetischen Nebenschlüsse bedingenden Stäbe 31
bis 36 haben die Form von Zylindersektoren und sind in der gleichen Anzahl vorhanden wie die Pole. Jeder
hat eine Winkelausdehnung, die mindestens gleich ist dem Zischenraum zwischen zwei aufeinanderliegenden
Magneten. Die Stäbe sind mit je vier Schrauben 37 an den Flanschen 29, 30 befestigt, wodurch es möglich
wird, an dem Stabkäfig magnetische Nebenschlüsse von verschiedener Winkelausdehnung anzubringen.
Die Zwischenräume 38 zwischen den magnetisierten Stäben sind leer.
An dem den magnetischen Nebenschluß bedingenden Stabkäfig ist ein Schnecken-Reduzier-Getriebe 39/40
angebracht. Die Schnecke 40 trägt eine Skala 41, und an einem der Ständer 18/19 ist ein Zeiger 42 angebracht.
Claims (4)
1. Mehrpolige zylindrische Magnetlinse mit einer geraden Anzahl 2 N von sich in radialer Richtung
erstreckenden Polschuhen, die wechselweise Nordoder Südpole sind, mit gleichem Winkelabstand
innerhalb eines Winkels von 2 .τ/2 N um die Zylinderachse angeordnet sind und von denen jeder im
senkrechten Schnitt zur Achse und in der Nähe der Achse ein hyperbolisches Profil hat, und mit nichtmagnetischen Polflanschen senkrecht zur Zylinderachse,
die dazu bestimmt sind, die Polschuhe in ihrer Stellung zu halten, mit Permanentmagneten
in orthoradialer Richtung, die zwischen den äußeren Enden von jeweils zwei aufeinanderfolgenden
Polschuhen angebracht sind und deren Pole so orientiert sind, daß sie die Polschuhe
wechselweise zu einem Nord- oder Südpol machen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Polschuhe (1, 2. 3, 4, 5, 6) und die Permanentmagneten (21, 22, 23, 24, 25, 26) von einem zylindrischen
Stabkäfig umgeben sind, der aus Stäben (31, 32, 33, 34, 35, 36) aus magnetisierbarem
Material aufgebaut ist, die mit den Permanentmagneten einen magnetischen Nebenschluß bezüglich
der Polschuhe ergeben, und daß der Stabkäiig relativ zu den Polschuhen und den Permanentmagneten
drehbar und in einer bestimmten Stellung fixierbar ist.
2. Mehrpolige Magnetlinse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsprofil jedes Polschuhes in der Nähe der Zylinderachse
kreisförmig ist und in radialer Richtung daran anschließend von innen nach außen keilförmig (8),
dann quaderförmig (4) und schließlich wiederum keilförmig (10) ist.
3. Mehrpolige Magnetlinse gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete
(21 bis 26) quaderförmig sind und daß die Seitenwände des zweiten keilförmigen Abschnitts
(10) zweier aneinandergrenzender Polschuhe parallel zueinander verlaufen.
4. Mehrpolige Magnetlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetischen Teile des Stabkäfigs drei Kreiszylinder-Sektoren sind, deren Scheitel der langen
inneren Seite der gegenseitigen Entfernung der Permanentmagnete voneinander entspricht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR28452A FR1481931A (fr) | 1965-08-16 | 1965-08-16 | Lentille magnétique multipolaire à aimant permanent à convergence réglable |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1539799B1 true DE1539799B1 (de) | 1970-10-22 |
Family
ID=8586711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19661539799 Pending DE1539799B1 (de) | 1965-08-16 | 1966-08-16 | Mehrpolige Magnetlinse mit Permanentmagneten und mit einer geraden Anzahl 2 N von Polschuhen |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH435475A (de) |
DE (1) | DE1539799B1 (de) |
FR (1) | FR1481931A (de) |
GB (1) | GB1135249A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0129111A1 (de) * | 1983-06-10 | 1984-12-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetische Multipolanordnung n-ter Ordnung |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1060511B (de) * | 1954-08-27 | 1959-07-02 | Hitachi Ltd | Dreistufiges, durch Dauermagnete erregtes Elektronenlinsensystem |
-
1965
- 1965-08-16 FR FR28452A patent/FR1481931A/fr not_active Expired
-
1966
- 1966-08-12 CH CH1168966A patent/CH435475A/fr unknown
- 1966-08-15 GB GB3639966A patent/GB1135249A/en not_active Expired
- 1966-08-16 DE DE19661539799 patent/DE1539799B1/de active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1060511B (de) * | 1954-08-27 | 1959-07-02 | Hitachi Ltd | Dreistufiges, durch Dauermagnete erregtes Elektronenlinsensystem |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0129111A1 (de) * | 1983-06-10 | 1984-12-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetische Multipolanordnung n-ter Ordnung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH435475A (fr) | 1967-05-15 |
FR1481931A (fr) | 1967-05-26 |
GB1135249A (en) | 1968-12-04 |
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